一、反激

1.1工作原理

Ton 階段儲能回路:VBUS---變壓器初級繞組 NP---開關(guān)管 Q1 --SGND Toff 階段放電回路:變壓器次級繞組 PIN12---次側(cè)二極管 D1---負(fù)載---變壓器次級繞組 PIN8。

圖1 Ton階段等效回路

圖2 Toff階段等效回路

圖3 反激VDS實(shí)測波形

1.2特點(diǎn)

線路簡單,PWM(脈寬調(diào)制)控制適應(yīng)于全電壓輸入,為保證安全工作一般占空比設(shè)置<0.5(Ton/Toff), 屬于硬開關(guān)對 mos 體內(nèi)寄生二極管無速度要求,即在Ton周期時(shí)間內(nèi)變壓器完成儲能過程;在Toff時(shí)間周期內(nèi)釋放能量并完成變壓器消磁復(fù)位,有效防止變壓器磁飽和;對于變壓器漏感要求較高,漏感大易產(chǎn)生高尖峰電壓,故相對對MOS.SKY 電壓應(yīng)力要求高。

1.3如何選擇功率器件

以 12VDC 輸出電壓為例，如何選擇功率器件。

1:主開關(guān)管 Q1 耐壓選擇:

VDS反射電壓 Vor=(Vo+Vf)*N N 為變壓器匝比 (N=7.2)變壓器漏感產(chǎn)生的尖峰電壓, 與變壓器漏感相關(guān),漏感越小尖峰電壓越低,假設(shè)為 100V；

漏感大小與磁芯形狀與變壓器繞制工藝方法相關(guān)聯(lián),通常三明治繞法繞出來的漏感較小；

反射電壓 Vor=(Vo+Vf)*N=(12+0.7)*7.2=91.5

Vds=Vinmax+尖峰電壓+反射電壓

=353+100+91.5=544.5V取 10%的余量，故選擇600V的MOS。

2:二次側(cè)整流二極管 D1 的反向耐壓選擇

VKA=(V0+Vf)+(Vinmax/N)=12.7+353/7.2=61.73V為留有余量,故選用 100V 反向耐壓整流管。

3:關(guān)于器件電流的選擇,當(dāng)然有一定的計(jì)算經(jīng)驗(yàn)值可以做為參考,實(shí)際通過器件電流大小直接牽涉到器件本身的發(fā)熱量,加沒有加散熱器,封閉式還是敞開式都與散熱有非常大的關(guān)系,根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況故一般以實(shí)驗(yàn)最終結(jié)果來選擇器件電流的大小。

二、雙管正激

2.1工作原理

Ton 階段 Q1 Q2 同時(shí)開通:VBUS---開關(guān)管 Q1---變壓器初級繞組 NP---開關(guān)管 Q2---Rsense---SGND.由于同名端的原因二次側(cè)整流二極管 D3導(dǎo)通,按照設(shè)計(jì)匝比輸出所需電壓,與此同時(shí)對續(xù)流電感 LF3 儲能充電。

Toff階段Q1 Q2同時(shí)關(guān)斷: 根據(jù)楞次定律的原理(感生電動勢的變化總是阻礙原電動勢的變化),變壓器初側(cè)同名端發(fā)生變化,此時(shí)呈現(xiàn)的效果是變壓器初側(cè)電壓鉗位,在每個(gè)開關(guān)管和一次側(cè)繞組之間,各并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管 D1 D2,當(dāng) Q1 Q2 關(guān)斷時(shí),變壓器初側(cè)儲能有一個(gè)泄放通路,經(jīng)過 D1 D2 回饋到高壓電解電容 C1,對電解電容進(jìn)行放電，D1 D2 起到變壓器初級復(fù)位消磁的作用,并將 Q1 Q2 所承受的電壓鉗位在輸入電壓 VBUS;消磁復(fù)位路徑: 變壓器初級 PIN4---二極管 D2---高壓電解電容 C1---SGND---二極管D1---變壓器初級 PIN1 同理二次側(cè)續(xù)流電感 LF1 同名端極性發(fā)生改變,續(xù)流電感LF1 通過續(xù)流二極管 D4 向負(fù)載釋放能量；經(jīng)過 Ton Toff 一開一關(guān)完成了一個(gè)完整周期，周而復(fù)始。

圖2 Q1、Q2同時(shí)開通初側(cè)二次側(cè)等效電路

圖3 Q1、Q2同時(shí)關(guān)斷初側(cè)二次側(cè)等效電路

線路優(yōu)點(diǎn):它的每一個(gè)橋臂都是由一個(gè)二極管和一個(gè)開關(guān)管串聯(lián)組成,因此從線路結(jié)構(gòu)上來說不存在橋臂直通的問題,可靠性高這是雙管正激最顯著的特點(diǎn)。

2.2 特點(diǎn)

線路較復(fù)雜,控制方式適應(yīng)于單電壓輸入,加 PFC 功率因數(shù)校正可實(shí)現(xiàn)全電壓輸入，兩開關(guān)管 Q1 Q2 同時(shí)開通同時(shí)關(guān)斷;為保證安全工作一般占空比設(shè)置<0.5(Ton/Toff)，驅(qū)動功率大,屬于硬開關(guān)對 MOS 體內(nèi)寄生二極管速度無特殊要求,轉(zhuǎn)換效率不高一般在 85%-88%之間，相對于 LLC 諧振線路好調(diào)試;一般用于便宜的低階市場。

2.3如何選擇功率器件

1:主開關(guān)管 Q1 Q2 耐壓選擇: VDS由于被二極管 D1 D2 鉗位,MOS Q1 Q2 所承受電壓就是 VBUS 電壓;

VDSmax=VBUS=264*1.414-20=353V,選擇500V MOS 即可;

2:二次側(cè)整流二極管 D3 D4 的反向耐壓選擇：

VKA=(V0+Vf)+(Vinmax/N)=12.7+353/7.2=61.73V為留有余量,故選用 100V 反向耐壓整流管。

三、LLC諧振半橋

3.1原理

工作原理概述: 實(shí)際上有六種工作狀態(tài),我們只描述最重要的兩種狀態(tài)；上下兩管輪流交替導(dǎo)通；

當(dāng) Q1 導(dǎo)通，Q2 截止?fàn)顟B(tài): 充電回路 VBUS--Q1--諧振電感 Lr---主變壓器 NP---諧振電容Cr—SGND,此時(shí)主繞組 NP 儲存能量,與此同時(shí)二次側(cè)同名端 D1 導(dǎo)通,異名端 D2 截止,根據(jù)匝比經(jīng)電解電容 C2 濾波輸出所需電壓；如等效電路 (圖 2)

當(dāng) Q1 截止,Q2 導(dǎo)通狀態(tài): 放電回路 主變壓器 NP(PIN2)--諧振電容 Cr---Q2(起續(xù)流作用)--諧振電感 Lr--主變壓器 NP(PIN1),與此同時(shí)一次側(cè)二次側(cè)由楞次定律,同名端極性改變, D1 截止,D2 導(dǎo)通,根據(jù)設(shè)計(jì)匝比,經(jīng)過電解電容 C2 濾波輸出所需電壓；如等效電路 (圖 3)。

諧振半橋 LLC 優(yōu)點(diǎn):轉(zhuǎn)換效率高,對功率零器件電壓應(yīng)力要求低。

圖2 充電回路等效電路；Q1 開通 Q2 關(guān)斷初側(cè)二次側(cè)等效電路

圖3 放電回路等效電路, Q1 關(guān)斷 Q2 開通初側(cè)二次側(cè)等效電路

3.2特點(diǎn)

線路較復(fù)雜,PFM控制方式適應(yīng)于單電壓輸入,加PFC功率因數(shù)校正電路可實(shí)現(xiàn)全電壓輸入,(一般固定架構(gòu)就是 Active PFC+LLC 半橋)為保證安全工作一般占空比設(shè)置為=0.5(Ton/Toff)，驅(qū)動信號驅(qū)動兩開關(guān)管 Q1 Q2 輪流交替工作呈互補(bǔ)關(guān)系，且兩驅(qū)動信號之間留有死區(qū)時(shí)間,一般是 350nS 比較新的驅(qū)動方案帶有自動死區(qū)調(diào)節(jié)功能更安全,驅(qū)動功率大;屬于軟開關(guān)對 MOS體內(nèi)寄生二極管 Trr 有速度要求,轉(zhuǎn)換效率高一般＞90%,一般應(yīng)用于對轉(zhuǎn)換效率高有賣點(diǎn)的場合。

3.3如何選擇功率器件

以 12VDC 輸出電壓為例，如何選擇功率器件。

1:主開關(guān)管 Q1 Q2 耐壓選擇: VDS MOS Q1 Q2 所承受電壓就是 VBUS 電壓; VDSmax=VBUS=264*1.414-20=353V,選擇 500V MOS 即可;

2:二次側(cè)整流二極管 D1 D2 的反向耐壓選擇

如下圖所示次級繞組 NS1.NS2 都為 12V 電壓,當(dāng) D1 導(dǎo)通 D2 截止,此時(shí) D2 所承受的理想狀態(tài)反向電壓為 12*2=24V, 考慮到要留有余量以及選擇通用型器件,綜合考量故選用 40V 的 SKY。

圖4 次級繞組

四、反激QR準(zhǔn)諧振模式

4.1工作原理

反激諧振模式 QR 與普通反激線路上有差異(詳見圖 1、2),多了一路波谷檢測電路,主要作用是減小開關(guān)振蕩次數(shù)降低損耗,有利于提高轉(zhuǎn)換效率,降低 EMI 發(fā)射量。

工作原理:只有反激式開關(guān)電源才有準(zhǔn)諧振 QR 這個(gè)概念,檢測原理是 VDS 電壓處于下降階段并產(chǎn)生多次振蕩,當(dāng)檢測到第一個(gè)振蕩波第一個(gè)谷點(diǎn)（詳見圖 3）,開關(guān) MOS 開通余下振蕩波形都可以避免出現(xiàn),故這樣做即減小了多次振蕩損耗,也降低了 EMI 發(fā)射量。

谷點(diǎn)檢測:兩種檢測方式：一種是在變壓器主繞組NP上做檢測,另一種是在VCC繞組上做檢測。

圖1 谷底檢測電路

圖2 谷底檢測電路

圖3 谷底檢測

4.2特點(diǎn)

線路簡單,是普通反激線路改進(jìn)型線路，PWM 控制方式適應(yīng)于寬范圍電壓輸入,為保證安全工作一般占空比設(shè)置為<0.5(Ton/Toff)，為什么叫準(zhǔn)諧振？因?yàn)闇?zhǔn)諧振是比較接近于諧振電路模式,但不是真正意義上的諧振。成本低、轉(zhuǎn)換效率接近90%,一般應(yīng)用于對轉(zhuǎn)換效率高有賣點(diǎn)的場合。

五、各線路相同的地方以及主要區(qū)別

1、反激、雙管正激、LLC 諧振半橋 前端都可以加功率因數(shù)線路 PFC;

2、 反激、雙管正激、LLC 諧振半橋 二次側(cè)都可以加同步整流方案，以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動 SR-MOS,提高轉(zhuǎn)換效率；

3、反激、雙管正激屬于硬開關(guān),對高壓開關(guān) MOS 體內(nèi)寄生二極體 Trr 沒有嚴(yán)格的要求，LLC諧振半橋?qū)儆谲涢_關(guān)對高壓開關(guān) MOS 體內(nèi)寄生二極體 Trr 有要求,最好在 100-200nS;

4、通過前面的分析可知除開反激要用到 600V 及以上的 HV MOS，余下雙管正激、LLC 諧振半橋 500V HV MOS 都夠用; 反激式開關(guān)電源有其自身的特點(diǎn),主要是由于反激式電源/反激QR 的反射電壓和漏感尖峰電壓遭成了比較高的 VDS（詳見1.1 圖3 反激VDS實(shí)測波形），且變壓器漏感真實(shí)存在,只能減小不能消除。